На чем выращивают вакцины
Эмбриональные клетки везде: что не так с современными клеточными технологиями
Используются ли в вакцинах, в том числе от коронавируса, абортивные материалы? Разбираемся, есть ли этичные способы защитить себя от ковида
Тема этичности вакцин и использования при их разработке клеток ранее абортированных детей всколыхнулась с новой силой. По всему миру христиане и представители пролайф-сообществ обсуждают, правильно ли прививаться с помощью таких препаратов в период пандемии.
Мы решили разобраться в ситуации детально, а заодно узнать, что мешает ученым полностью отказаться от эмбриональных клеточных линий в медицине.
«Растут с колоссальной скоростью»: что такое клеточные культуры и клеточные линии
В связи с разработкой вакцин звучат термины «клеточная культура» и «клеточная линия».
«Клеточная культура» – это клетки одной ткани (например, кожи или ткани почек) человека или животного, которую выращивают в лабораториях в контролируемых условиях. А «клеточная линия» – это источник культуры клеток. Как правило, линия имеет название в виде аббревиатуры букв латинского алфавита и цифр – по ним можно установить, когда и откуда были взяты клетки.
Линий (человеческих и животных) десятки, они имеют определенные международные обозначения и хранятся в специальных банках клеток. Такой банк есть и в России – это так называемая Всесоюзная коллекция клеточных культур, образцы которой рассредоточены по различным научным институтам.
Клеточных линий, полученных в результате абортов, или так называемых эмбриональных линий, в мире гораздо меньше.
В основном известны НЕК-293 (получена из почек эмбриона, абортированного в 1972 году), PER.C6 (получена в 1985 году из клеток сетчатки глаза 18-недельного эмбриона), WI-38 (получена в 1964 году из диплоидных клеток легочной соединительной ткани абортированной девочки, которой было около 12 недель), MRC-5 (получена в 1966 году из легочных клеток 14-недельного мальчика), RA27/3 (получена в США в 1964 году от плода, инфицированного краснухой) и ряд других.
При этом у каждой из этих линий своя «специализация» и свои уникальные свойства. Так, на линии RA27/3 до сих пор выращивают вакцину от краснухи, НЕК-293 печально известна благодаря тому, что компания Senomyx использовала ее для тестирования пищевых добавок.
Линия PER.C6 принадлежит компании Johnson & Johnson и ее исключительное свойство в том, что клетки линии растут с колоссальной скоростью: в одном миллилитре суспензии может содержаться до ста миллионов клеток. Есть и линии-«универсалы», например на MRC-5разрабатывается около 10 вакцин от различных заболеваний.
Использование клеток эмбриональных линий в пищевой промышленности имеет свою историю. В 1999 году американским биохимиком Либертом Стриером из Стенфордского университета была основана компания Senomyx. Своей целью она ставила исследования в области пищевых добавок, усиливающих вкус и запах пищи.
Уникальные вещества, которые разрабатывали химики в Senomyx, могли не только сделать исходный продукт слаще или солонее, но и, например, заблокировать горечь. Тестировали пищевые добавки на эмбриональной клеточной линии HEK293 – это было дешевле, чем давать образцы добровольцам или ставить сложные эксперименты на животных, не способных сообщить о своих ощущениях.
Альтернативой абортивным материалам могли бы служить специальные клеточные линии, культивируемые из клеток-рецепторов ротовой полости, но эта технология была сложнее, и в итоге было принято решение идти по простому и, главное, дешевому пути. При этом клетки линии HEK293 использовались только на этапе тестирования, в конечный продукт они не попадали. Всего на счету Senomyx 113 патентов, несколько сот различных вкусовых добавок, а также сотрудничество как минимум с семью крупнейшими мировыми компаниями, такими как Heinz, Nestle, Pepsi и другими.
В 2010 году, благодаря американской пролайф-организации «Божьи дети» информация о том, что вкусовые добавки, которые входят в состав кетчупов, чипсов, кубиков и супов быстрого приготовления, сливок, шоколада, газированных напитков, выпускаются по неэтичной технологии, стала широко известна. С полным списком продуктов можно ознакомиться здесь.
В результате большинство партнеров Senomyx открестились от сотрудничества с компанией, объявив о том, что обновляют свои продукты. Сайт Senomyx не обновлялся с 2012 года. Каким образом сегодня обстоят дела с тестированием вкусовых добавок в США и в мире, достоверно не известно.
Клетки растут в биореакторах объемом несколько тысяч литров
В медицине и фармакологии эмбриональные клеточные линии в настоящее время используются при создании вакцин (векторных или живых) от кори, краснухи, паротита, гепатита А, бешенства, ветряной оспы, коронавируса. Человеческие клеточные линии нужны для размножения вируса, который потом используют в прививке. Ведь вирусам, в отличие бактерий, нужен «хозяин», и этим «хозяином» становятся клетки клеточной линии.
Их также используют для создания лекарственных препаратов от ревматоидного артрита, гемофилии и муковисцидоза. Кроме того, линию НЕК-293 применяют в исследованиях, посвященных поиску раковых терапий. На ней же выращивают адено-ассоциированный вирус, который служит вектором для доставки генов в препарате «Золгенсма», который применяют при терапии спинально-мышечной атрофии.
Эмбриональные клетки действительно могут делиться практически бесконечно в условиях, созданных для этого в лабораториях. Сторонники этого метода в качестве аргумента, оправдывающего использование абортивного материала, говорят: клеточные культуры, которые используются сегодня, получились в результате длительного деления и уже фактически не являются частью организма некогда абортированного ребенка.
Получение клеточной линии выглядит следующим образом. Ткань или орган, из клеток которых предстоит в будущем развивать клеточную линию, забирают с соблюдением условий асептики, помещают в стерильный солевой раствор и транспортируют в специализированную лабораторию.
В лаборатории ткани и органы тщательно изучают, в том числе на предмет возможного инфицирования. Если установлено, что они «чистые», скальпелем или ножницами измельчают до кусочков размерами не более 1-3 мм, тщательно отмывают от клеток крови в нескольких сменах стерильных растворов, а затем помещают в растворы специальных ферментов, позволяющих изолировать отдельные клетки.
Собственно, эти самые клетки, которые удается выделить с помощью измельчения (иногда для этого даже может понадобиться своеобразное «сито», через которое фильтруют полученный из тканей или органов раствор) – это и есть первичная клеточная культура. Ее можно начинать «растить» с помощью питательной среды и ряда специальных технологий.
Большинство клеточных культур растут в так называемом монослое – то есть на дне пластикового или стеклянного контейнера, располагаясь слоем толщиной в одну клетку. Чтобы они размножались быстрее и эффективнее, были придуманы специальные многоэтажные контейнеры. (Вот так например это выглядит. )
Некоторым типам клеток требуется постоянное перемешивание – для них были изобретены «шейкеры», которые встряхивают сосуды с клетками. Например, в Италии для создания вакцин в заводских условиях используют одновременно 28 тысяч особых роллерных флаконов. Автоматика при этом контролирует температуру и скорость вращения. А когда на заводе заменили гладкие стеклянные флаконы на гофрированные из пластика, увеличив площадь поверхности, получили двадцатикратный прирост клеток, а удвоение клеточной популяции происходит всего за 8 с небольшим часов.
Но лучше всего работает технология, при которой клетки размножаются в виде суспензии в специальном биореакторе. Такие реакторы объемом до 8 тысяч литров работают в странах Европы и в США.
При этом, собственно клетки эмбриональной линии в конечный продукт (прививку) попадать не должны.
Когда вирус размножится в достаточном количестве, его разными средствами отделяют от клеточной культуры, очищают от примесей. Для этого могут использовать разные методы – электрофорез, различные химические вещества, окрашивание и даже многоуровневая фильтрация. Полученный же чистый вирус или его фрагменты добавляют в вакцину вместе с другими веществами, которые обеспечат ее консервацию, стабильность и в дальнейшем – необходимое воздействие на организм.
Если не используют для производства, то используют для тестирования
При производстве некоторых вакцин, впрочем, используются клетки животных – обезьян, кроликов, хомяков, а также куриные эмбрионы, заключенные в яйце. Но все же вирусологи считают, что культуры человеческих клеток являются наиболее совершенной из лабораторных систем для культивирования вирусов, а потом – тестирования их эффективности. Использование клеток человека, в отличие от материала, взятого у животных, дает большую безопасность прививки, так как гарантирует отсутствие реакции иммунной системы на материал другого биологического вида. Технология дешева, поэтому и используется почти повсеместно.
В случае с новейшими вакцинами от коронавируса уже известно, что эмбриональные клеточные линии использовались при разработке как минимум, РНК-вакцины компаний Pfizer и Moderna на стадии лабораторного тестирования. Связь с клеточными линиями, появившимися в результате абортов есть у российской вакцины «Спутник-V» института им. Гамалеи и препаратов компаний компании NOVAVAXAB и INOVIO, которые находятся в стадии клинических испытаний. Такие данные в конце 2020 года опубликовал американский Институт Шарлотты Лозьер – организация, которая стоит на пролайф-позициях, собирает и обнародует информацию относительно абортов и использования абортивного материала в медицинских, научных и иных целях.
Вакцина от коронавируса компании AstraZeneca в качестве вектора использует не человеческий аденовирус, а аденовирус шимпанзе. Однако согласно данным, опубликованным в журнале Nature, при разработке вакцины применялась клеточная линия HEK293.
Любопытно, что вакцинолог из Оклендского университета, председатель Глобального консультативного комитета ВОЗ по безопасности вакцин Хелен Петусис-Харрис, опровергая наличие абортивного материала в конечном продукте, признает, что для создания вакцин на том или ином этапе почти невозможно обойтись без эмбриональных клеточных линий, если не для производства, то, как минимум, для тестирования.
«При изучении вирусов и иммунных реакций в лаборатории неизбежно используются эти клеточные линии для обеспечения надежных результатов, актуальных для людей», – говорит Петусис-Харрис.
Поскольку пока в России из этого списка доступен лишь «Спутник-V», стоит рассказать о нем чуть подробнее. Это векторная вакцина, созданная на ранее разработанной и опробованной в НИЦ им. Гамалеи аденовирусной платформе. Это означает, что в основе вакцины находится вектор, генно-модифицированный вирус, в который встраиваются гены белков внешней оболочки вируса SARS-CoV-2. Вектор доставляет фрагмент генома коронавируса в клетку, вызывая иммунный ответ.
В российской вакцине в качестве вектора используются аденовирусы. Именно аденовирусы и необходимо выращивать на клеточной эмбриональной линии HEK293, поэтому вакцину «Спутник-V» с этой точки зрения можно считать препаратом с этически спорной составляющей.
Вакцина российской компании «Вектор», «ЭпиВакКорона», состоит из искусственно синтезированных коротких фрагментов вирусных белков — пептидов, распознаваемых иммунной системой. Она, по-видимому, не предусматривает работу с клеточными линиями, по крайней мере для производства. (Патент пока не опубликован, так что точных данных нет.) Относительно третьей российской вакцины, над которой пока еще работают в Центре им. Чумакова, данных пока что нет.
Неэтичные клеточные линии можно заменить, но мало кто заинтересован в этом
Сторонники использования эмбриональных клеточных линий в медицине и фармакологии уверяют: полученных десятки лет назад клеточных линий достаточно, чтобы обеспечить потребности всей индустрии, и ситуации, при которых понадобились бы новые аборты в исследовательских или, тем более, коммерческих целях, невозможны.
Сторонники применения клеточных эмбриональных линий часто ссылаются на то, что исследования, которые происходят с участием этих клеток, не требуют новых абортов. Однако абортивный материал так или иначе продолжают использовать в научных целях. Известно, что такие работы идут в Великобритании, Индии, Китае, Сингапуре. В России флагманом в этого рода деятельности считается профессор Геннадий Сухих, который возглавляет ФГБУ «НМИЦ АГП им. В.И. Кулакова» и считается автором методики так называемой «фетальной терапии», в ходе которой применяются абортивные ткани.
Попытку ограничить использование тканей, полученных в результате плановых абортов, в научных целях, предпринял президент США Дональд Трамп в 2019 году. Тогда его администрация фактически заблокировала для ученых из Национального института здоровья возможность получать какие-либо ткани плода для дальнейших исследований. Было также существенно сокращено финансирование такого рода исследований.
Кроме того, в США появился так называемый Консультативный совет по этике исследований тканей плода человека, который за минувшие два года выдал разрешение лишь на те исследования, которые предполагали поиски альтернативных методов, чтобы в будущем полностью отойти от практики использования абортивных отходов.
Накануне инаугурации Джо Байдена к нему обратились представители американского научного сообщества с просьбой отменить мораторий, установленный его предшественником. В своем письме ученые ссылаются в том числе и на тот факт, что это якобы ускорит исследования по поиску лекарства от ковида.
Частично ответ на вопрос о том, почему мировая фарма не переходит на этичные вакцины без использования эмбриональных клеток, дала представитель компании Merck Деб Уомболд. Она объяснила, что в случае с вакциной от кори, краснухи и паротита переключение с линии WI-38 на другую клеточную линию (например, животную) представляет собой серьезный вызов, как с точки зрения эффективности, так и с точки зрения качества вакцины.
«Поскольку процесс разработки вакцины очень сильно зависит от конкретной клеточной линии, на которой он происходит, невозможно просто заменить одну линию другой. И даже если бы это удалось, нет никаких гарантий того, что уровень безопасности и эффективности был бы сравним с уже лицензированными вакцинами», – говорит миссис Уомболд.
Попытки найти альтернативу пока находятся скорее в теоретической области.
Так, доктор наук Кайл Кристофер МакКенна, научный сотрудник Францисканского университета Стьюбенвилла (США), стоящий на католических позициях, считает, что в отличие от использования линии эмбриональных клеток, полученных в результате аборта, можно было бы создать клеточные линии на основе эмбриональных клеток, полученных в результате выкидыша.
Дэвид Прентис, вице-президент института Шарлотты Лозьер, предлагает создавать клеточные линии на основе клеток, полученных в результате амниоцентеза, процедуры забора амниотической жидкости у беременной женщины.
Но здесь снова вступает в игру главный аргумент: существующие эмбриональные клеточные линии – это дешево, в то время как новые технологии потребуют времени на их разработку, изучение и внедрение. К этому готовы далеко не все.
Нужно добиваться разработки этичных технологий
Вопрос этичности вакцин и их связи с абортивными материалами не раз поднимался представителями разных конфессий.
В декабре 2020-го Ватикан заявил, что «в отсутствии альтернативы использование вакцин, произведенных с применением клеточных линий от абортированных эмбрионов, нравственно допустимо, и следует иметь в виду, что отказ от вакцинации по причине неприятия подобных вакцин «может увеличить риски для общественного здоровья».
Официальной позиции Русской Православной Церкви по поводу использования вакцин от коронавируса, которые так или иначе связаны с эмбриональными клеточными линиями, пока нет. Известно, что соответствующие запросы были направлены всем разработчикам российских вакцин, и представители института им. Гамалеи подтвердили, что использовали клеточную линию HEK293 для культивации аденовируса, но при этом подчеркнули, что в конечном продукте абортивных клеток нет, а создатели «ЭпиВакКороны» поспешили заверить, что их вакцина максимально этична.
С другой стороны, в 2009 году, когда разгорелись аналогичные споры по поводу вакцинации от кори, российское Общество православных врачей выступило с заявлением, где признается возможным временное использование вакцин, при разработке которых используется абортивный материал, но говорится следующее: «Вместе с тем мы считаем необходимым решительно высказаться в пользу применения альтернативных (этических) вакцин при их наличии. Необходимо также добиваться от Правительства России, Министерства здравоохранения и социального развития, а также фармацевтической промышленности создания отечественных альтернативных (этических) вакцин или приобретения в странах, их производящих».
Этичные вакцины будущего связаны с растениями?
Из всего вышесказанного можно заключить, что ключевым пунктом в проблеме использования абортивных материалов при создании вакцин является именно запрос на этичные продукты. Похоже, что пока он не будет в достаточной мере сформулирован и озвучен различными организациями, группами и отдельными лидерами мнений, дело не сдвинется с мертвой точки.
И все же, надежда есть, такие работы постепенно появляются. Пример тому – так называемая «растительная» вакцина, над которой трудятся ученые биофака МГУ.
В качестве адъюванта – вещества, которое способствует доставке и правильной экспрессии некоторых антигенов при вакцинации – в ней используется вирус табачной мозаики. Табак заражают вирусом, затем выделяют его из растений, подвергают термической обработке, и он из палочкового становится сферическим. К этой сферической частице добавляют фрагменты белка возбудителя COVID-19, которые за счет свойств растительного вируса отлично к ней прикрепляются, так что не нужно использовать для этого никакие дополнительные химические агенты.
Профессор Алексей Аграновский, руководитель сектора кафедры вирусологии биофака МГУ, заверил «Милосердие.ru», что на стадии дизайна вакцины клеточные эмбриональные линии, равно как и клетки животных, не используются. В дальнейшем, на стадии тестирования будут эксперименты на лабораторных животных, но в целом можно говорить, что эта вакцина станет этически приемлемой.
К слову, по аналогичной технологии в МГУ уже разрабатывали вакцину от краснухи, и в тестах на животных она показала себя безопасной. Есть и ряд других вакцин-кандидатов, над которыми идет работа.
«Эти исследования имеют фундаментальное значение для теоретической науки, потому что чем больше мы знаем, тем больше мы вооружены. Мало ли какие в будущем будут эпидемии – надо иметь возможность использовать разные платформы», – говорит ученый.
«Иметь еще одну вакцину, даже когда уже есть несколько вариантов, это хорошо, – объясняет Алексей Аграновский. – И не только потому, что у людей должен быть выбор. Например, «Спутником-V» можно провакцинироваться один раз, а если возникнет потребность в ревакцинации, есть риск, что она будет неэффективной».
Мы просим подписаться на небольшой, но регулярный платеж в пользу нашего сайта. Милосердие.ru работает благодаря добровольным пожертвованиям наших читателей. На командировки, съемки, зарплаты редакторов, журналистов и техническую поддержку сайта нужны средства.
Как делают вакцины
Появление векторной вакцины Sputnik V внесло некоторую сумятицу в типичное представление о вакцинах как о некой дозе ослабленных или дезактивированных патогенов, внедренных для тренировки иммунитета. Еще больше вопросов породил тот факт, что именно векторная вакцина появилась первой, а более простые и привычные варианты подоспели позднее. Ну и вопрос на засыпку: в чем проблема налаживания выпуска всех этих вакцин и почему в массовом доступе они только начинают появляться?
Для получения некоторых вакцин от гриппа надо заразить эмбрион в яйце вирусом и дать вирусу размножиться (фото: CDC)
Ниже — расшифровка лекции специалиста по промышленным биотехнологиям, которая прошла при поддержке ярославской Точки при ЯрГУ. В ней — подробно о типах вакцин, механизмах их работы и способах массового производства.
Но сначала я представлю спикера: это Антонина Обласова — биолог, специалист по промышленным биотехнологиям, соучредитель и директор АНО «Коллективный иммунитет» (vaccina.info), а также автор блога «Антонина О. Вакцинах». Далее — переработанный текстовый вариант самой видеолекции.
Типы вакцин
Речь пойдет как о противовирусных вакцинах, так и об антибактериальных. Для начала рассмотрим логику работы действующего вещества вакцины, которое при введении в организм будет вызывать иммунный ответ. Проведем необычную параллель: представим на минуту, что дикая инфекция — это дикий зверь, например волк. Мы стараемся от него всячески защититься и ищем способы избежать последствий от встречи с ним.
Вакцинация — это метод, позволяющий снизить риски от этой встречи. Вакцины не все одинаковы по своей структуре и используют разные подходы.
Первый подход: обезвредить токсин, производимый этой дикой инфекцией. Сравнивая с волком, можно себе представить токсин в виде слюны животного. Мы можем ее собрать, деактивировать и вводить в организм, вырабатывая тем самым защиту — иммунитет.
Второй: ослабить волка, саму инфекцию, натренировав иммунитет на едва живом «звере».
Третий: взять похожий патоген (микроорганизм, вызывающий болезнь у другого существа) и ослабить его. Именно этот метод использовали в процессе разработки вакцины против черной оспы или туберкулеза.
Еще один вариант — искусственно воссоздать отдельные фрагменты патогена при помощи генно-инженерных технологий. По этому принципу устроены вакцины от гепатита B, вируса папилломы человека и некоторые другие редкие или ветеринарные вакцины.
Существуют и другие подходы, например ДНК- и РНК-вакцины, векторные вакцины, о которых чуть ниже.
Фиолетовым обозначены основные подходы к созданию вакцин (источник: www.genscript.com/recombinant-vaccine.html)
Всемирная организация здравоохранения предлагает нам разделить все вакцины на две группы: живые и неживые. В одну группу входят живые ослабленные вакцины, а в группе неживых выделены инактивированные, субъединичные (состоящие из отдельных фрагментов) и анатоксины (обезвреженные яды патогенов). В эту классификацию укладывается большинство существующих сегодня вакцин (но не все).
Среди прочих вариантов — модифицированная бактерия с геном антигенов вируса. Когда пандемия еще только начиналась, возможно, вы слышали в новостях о том, что одна из создаваемых против COVID-19 вакцин будет в виде йогурта, — речь шла как раз о такой технологии. Также многие слышали такие выражения, как «ДНК-вакцины», «РНК-вакцины», «векторные вакцины». Все это — современные технологии, которые пока редко используют в производстве вакцин.
Векторные вакцины
Векторная технология — это палочка-выручалочка.
Она позволяет создать вакцину быстро — гораздо быстрее, чем все другие существующие вирусные технологии.
Дело в том, что производить и ослаблять до нужной степени новый малоизученный вирус — это очень долгий процесс. Гораздо проще сделать подмену.
Вектор — это другой хорошо исследованный вирус, безопасный для человека. Система этого вируса изучена до мелочей: мы знаем, в каких клетках эти вирусы могут расти, в каком количестве, как размножить их в пробирке и как наладить производство больших объемов.
В данный вирус-вектор мы вносим изменения — берем кусочек ДНК или РНК патогена, который кодирует иммуногенную часть на его поверхности, и пересаживаем в генетический материал вектора.
У нас получается химера — безопасный для человека вирус, для которого организм производит антитела и формирует клеточный иммунитет против антигенов дикой инфекции. При этом сама дикая инфекция к нам в организм не попадает.
В современных вакцинах, которые сегодня разрабатывают для борьбы с коронавирусом, эти вирусные векторы не реплицируются, то есть не размножаются в организме, поскольку у них отключен соответствующий ген.
Он может размножаться в клеточной культуре, но непосредственно в организме человека — нет. Если, условно, в организм попали десять копий вируса, десять копий и остались.
Более раннее применение этой технологии нашлось в генной терапии. С ее помощью производят очень дорогие лекарства для детей со спинальной мышечной атрофией.
Например, такой препарат, как золгенсма, делают с использованием векторной технологии. Только используют не аденовирус, а аденоассоциированный вирус, в который встроили ДНК, необходимую для синтеза того белка, которого недостает в организме больных. Внедряя этот вектор в организм ребенка, мы восполняем дефицит белка и вылечиваем его от этой болезни.
Отличие вирусов от бактерий
Перед тем как перейти к рассказу о производстве вакцин, вспомним, что есть два вида патогенов, вызывающих вакциноуправляемые инфекции: вирусы и бактерии. Бактерии — это самые настоящие живые организмы, они самостоятельно питаются и размножаются. Вирусы — облигатные паразиты, это значит, что они не способны размножаться вне клетки. Без клетки (бактериальной, грибной, растительной или животной) вирус не может существовать — это просто пыль.
Сравнение размеров человеческого эритроцита и бактерии кишечной палочки (E. coli) c вирусами оспы (Smallpox) и полиомиелита (Poliovirus)
В этом смысле вирус похож на программу, записанную на флешке: пока вы не подключите носитель к компьютеру, ничего не произойдет. Если же флешку подключить, программа может быть скопирована и запущена.
Чтобы получить большое число бактерий, необходима питательная среда. Например, мы можем посеять бактерии на чашку Петри с питательным агаром. А можем оставить хлеб на столе: на нем размножатся бактерии из спор, витающих в воздухе.
Вирусу недостаточно одной питательной среды. Вирусу нужен хозяин: живая клетка, в которую он внедрится и чей обмен веществ будет использовать, чтобы многократного скопировать самого себя. Это принципиальное различие между вирусами и бактериями, которое определяет принципы создания антибактериальных и вирусных вакцин.
Ну а само классическое производство вакцин — это получение нужного нам патогена, который затем будет ослаблен, убит или разобран на части.
Производство антибактериальных вакцин
Итак, чтобы сделать вакцину для профилактики бактериальных инфекций, надо в достаточном количестве получить патоген, то есть большое количество клеток возбудителя заболевания.
Бактериальную массу выращивают в жидкой питательной среде. Чтобы получить посевной материал, используют колбу, которую ставят в шейкер и постоянно трясут, чтобы обогащать питательную среду кислородом. Затем полученную культуру выращивают на оборудовании, которое называется ферментер (от англ. fermentation).
Ферментеры отличаются по размеру: резервуар, в котором размножаются микроорганизмы, может быть от одного до десятков тысяч литров. В основном эти аппараты изготавливают из стекла и нержавеющей стали — к таким материалам бактерии нечувствительны, поэтому прекрасно растут и размножаются.
Одни из популярных биореакторов Techfors с анализаторами среды и автоподачей питательных веществ для культивирования микроорганизмов. Слева лабораторный емкостью до 6 литров, а справа промышленный — от 150 до 1000 л
Ферментер — сложное оборудование: все процессы проходят в условиях строгой стерильности, по трубкам в автоматическом режиме поступают глюкоза, минеральные вещества, витамины и другие добавки. Стерильный воздух тоже подают автоматически. Внутри емкости поддерживается определенная температура, давление и уровень кислорода, питательная среда постоянно перемешивается.
Чтобы контролировать состав питательной среды, из ферментера условно каждый час отбирают пробы и анализируют количество бактерий и питательных веществ. В зависимости от результата корректируют автоматические программы. В маленьких ферментерах это делают стерильно через шприц, а в больших промышленных может быть встроена целая автоматическая аналитическая лаборатория.
Аналогичным образом делают рекомбинантные вакцины. Например, вакцину против гепатита B создают с помощью генно-модифицированных дрожжей, которые производят поверхностный антиген гепатита B.
Следующий шаг — очистка бактерий от остатков питательной среды, в которой они жили. После него идет добавка стабилизаторов и других веществ, о которых ниже. И — антибактериальная вакцина готова.
Производство вирусных вакцин
Для производства вирусных вакцин нам потребуется субстрат — клетки других организмов. Это могут быть клетки млекопитающих, в том числе человека — обычно предоставлены бессмертными иммортализованными линиями клеток. Также это могут быть клетки куриных и перепелиных эмбрионов, так производят вакцины от клещевого энцефалита, от кори и паротита — первичная не бессмертная клеточная линия.
Использовать оплодотворенные куриные яйца — одна из самых старых технологий, ее применяют только для создания вакцин от гриппа. Она не единственная, но одна из основных.
Чтобы произвести вакцину, в том числе векторную, мы должны сначала получить много-много клеток — некую «почву» или субстрат, чтобы потом заразить их вирусом.
Производство на основе выращенной клеточной массы
Для этого мы берем посевной материал в маленькой пробирке — замороженные клетки, поведение которых хорошо изучено. Клетки размораживаем и помещаем в питательную среду в маленьком объеме. Помещать клетки сразу в большой объем нельзя. Из-за маленькой плотности они просто погибнут (в этом случае говорят, что клетки погибли от одиночества). Поэтому их разводят в маленьком объеме и при достижении определенной плотности помещают в емкости большего размера.
Эту операцию повторяют несколько раз. В процессе размножения среду перемешивают. Если клетки чувствительны к механическому повреждению, для перемешивания используют специальное оборудование — волновой биореактор, в нем закрепленная на оси пробирка выполняет определенные движения. Применяют и биореакторы вертикального перемешивания, максимальный объем которых доходит до двух тысяч литров.
Устройство биореакторов для противовирусных вакцин отличается от биореакторов для производства антибактериальных вакцин. В контейнер, управляемый отдельно стоящим модулем, устанавливают специальный мешок — так называемую одноразовую систему (SUS — single use system), где будет происходить выращивание клеточной массы.
Биореактор и одноразовая система для выращивания клеточной массы
Это долгий процесс, который занимает три — четыре недели. Вдобавок клетки млекопитающих очень чувствительны к бактериальному и постороннему вирусному заражению, поэтому очень важно соблюдать полную стерильность процесса.
На входе в мешок установлен стерилизующий фильтр, не пропускающий бактерии, а также ряд противовирусных фильтров. Кроме того, в устройстве предусмотрена стерильная подача воздуха и стерильные соединения для перекачки содержимого на следующие этапы производства.
Производство на первичных клеточных линиях
Другой вариант — размножение вируса на первичных клеточных линиях, когда клетки не выращивают в реакторе, а получают из готового биоматериала. На изображении ниже вы можете видеть схему производства вирусной вакцины от клещевого энцефалита.
Согласно схеме, вирус инактивируют с помощью формальдегида
Оплодотворенные куриные эмбрионы развиваются в инкубаторе, после чего их достают и фактически перемалывают в мясорубке, получая первичную культуру клеток. Каждый раз, перед каждым производством, ее делают заново. Если бессмертные клетки мы берем из производственного стокового банка, то здесь каждый раз создаем новую клеточную культуру.
Эту клеточную культуру заражают посевным материалом вируса. Дальше вирус размножается в клетках, пока не достигает необходимой плотности. То, что получилось, охлаждают и очищают от всего лишнего, то есть от осадков клеточной культуры, на которой производились вирусы, и затем уже формируется вакцина — финальный продукт. Подробнее обо всем этом чуть ниже.
Производство «на яйцах»
В производстве вакцин «на яйцах» каждый эмбрион, то есть оплодотворенное яйцо, заражают, а затем выдерживают определенное время в специальном инкубаторе.
Инкубатор необходим для того, чтобы и эмбрион сохранял жизнеспособность, и вирус размножался. Грубо говоря, из каждого яйца получают дозу вакцины. Разумеется, это не куриные яйца из супермаркета, а сертифицированные яйца, которые специально отбирают для завода по производству вакцины от гриппа.
Очистка
После того как мы наработали действующее вещество вакцины (например, при помощи клеточной структуры млекопитающих, либо насекомых, либо дрожжей, либо бактерий), мы приступаем к процессу очистки. Это также очень длительный этап.
На схеме показан процесс очистки при производстве пневмококковой вакцины. Убили вирус, затем поместили в центрифугу, затем провели этап осветления и стерилизующую фильтрацию: удалили все компоненты больше 0,2 мкм. После этого проводим диафильтрацию — это фильтрация в ламинарном потоке, когда давление прикладывают не перпендикулярно, а параллельно мембране, что позволяет заменить буфер и полностью удалить остатки среды.
Далее следует несколько этапов очистки, многие из них повторяются. В итоге мы получаем полностью очищенный от всего лишнего действующий компонент вакцины. В данном случае это полисахариды одного конкретного штамма, который мы потом смешаем с полисахаридами других штаммов, внесем дополнительные компоненты для стабильности и эффективности (о них ниже) и получим конечный вариант вакцины.
Состав вакцин
Кроме действующего вещества в вакцину входят вспомогательные компоненты. Если вакцина жидкая, то это вода. Вместе с водой в состав могут входить адъюванты, стабилизаторы и консерванты.
Стабилизаторы и эмульгаторы
Антигены — это сложные молекулы, очень чувствительные к изменениям рH и температуры. Чтобы вакцина оставалась эффективной при любых условиях, используют стабилизаторы. Это могут быть обычные соли калия, магния, натрия — буфер для стабилизации pH. Все эти компоненты входят в состав клеток лимфы человека. В жидкие вакцины могут входить щелочи и кислоты. Обычно это следовые концентрации для стабильности буферного раствора.
Эмульгаторы необходимы для того, чтобы сохранить гомогенность раствора. Чаще всего используют Полисорбат 80, ТРИС или октосинол-10 — это относительно новые в фармацевтике вещества. Существуют всевозможные безумные мифы о вреде и токсичности стабилизаторов — все они лишены оснований. В таких низких концентрациях, при которых эти компоненты обеспечивают гомогенность раствора, они вреда не несут.
В лиофилизированных, то есть, высушенных, вакцинах используют другие стабилизаторы. Например, сахара (лактозу, сахарозу, мальтозу) и многоатомные спирты (сорбитол, маннит). Популярный стабилизатор — желатин, частично или высоко гидролизованный коллаген животного происхождения. Часто используют альбумин: человеческий донорский, рекомбинантный или гидролизат лактальбумина (белок из молочной сыворотки).
Если у прививаемого нет аллергии на эти компоненты, то неважно, какой именно стабилизатор использовали, — вакцина будет одинаково эффективна. Если у человека есть тяжелая аллергическая реакция на один из компонентов, например на желатин, лактозу или альбумин, на это обязательно нужно обратить внимание — состав вакцины всегда указывают в инструкции.
Зачем нам знать про адъюванты и конъюгаты
Адъюванты и конъюгаты — это вещества, усиливающие эффективность вакцины. Некоторые маленькие белковые молекулы могут быть недостаточно заметными для иммунной системы, поэтому к ним добавляют, например, соединения алюминия, гидроксид или фосфат.
В вакцинах от гриппа, произведенных в РФ, используются полиоксидоний и совидон. В ветеринарии активно используют масляные адъюванты (за пределами РФ их можно встретить в вакцинах для человека).
По сути, адъювант — это адсорбент, на поверхность которого налипает антиген. Мы получаем укрупнение частиц, повышаем заметность действующего вещества и, соответственно, большую эффективность.
Алюминий используют в виде очень-очень мелкого песка, на поверхности которого адсорбируют антигены вакцины. Он «переваривается» и выходит из организма точно так же, как и тот алюминий, который попадает к нам в организм вместе с пищей и водой уже в виде растворимых соединений.
То же самое происходит и с адъювантами другого происхождения: они постепенно метаболизируются. Тут стоит вспомнить про еще один антипрививочный миф о вакцинах, о том, что в них якобы находятся тяжелые металлы. Алюминий — металл легкий, так что и это утверждение не имеет оснований.
Еще один способ усилить реакцию на вакцину — конъюгировать маленький белок либо маленький полисахарид с другим белком. Например, у маленьких детей иммунная система незрелая и вообще не распознает полисахариды. Значит, необходима адаптация. Для этого полисахарид из сахарной капсулы бактерии (ее оболочки) соединяют с белком-носителем (как правило, это дифтерийный или столбнячный анатоксин), и в таком варианте вакцина уже работает. По такому принципу устроены вакцины от пневмококковой, гемофильной и менингококковой инфекций.
Консерванты
Это вещества, которые повышают стабильность состава. В вакцине среда не очень питательная, однако и в ней могут завестись посторонние микроорганизмы. Чтобы этого не произошло, добавляют консерванты. Особенно это актуально для многодозовых флаконов.
Вид консерванта зависит от типа вакцины. С одними консервантами антигены сохраняются хорошо, с другими — нет. Какой именно консервант будет наиболее подходящим, определяют «методом научного тыка» — с помощью экспериментов, замеряя стабильность состава вакцины. Например, ртутьорганический антисептик мертиолят (тиомерсал) применяют в многодозовых флаконах с детскими вакцинами и во взрослых вакцинах от дифтерии, столбняка, гепатита В и гриппа.
Обратите внимание, что это не ртуть, а ртутьорганический антисептик, он безопасен и его используют не только для производства вакцин, но и в косметике. Найти его можно в очень ограниченном количестве современных вакцин. Одно время он был предметом споров. В 2000-х годах его со скандалом исключили из числа компонентов под давлением общественности, так как в то время данных о его безвредности было недостаточно. В 2009 году Американская академия педиатрии отозвала собственное заявление, в котором ранее рекомендовала исключить этот консервант из состава вакцин.
Другой консервант — феноксиэтанол. Его применяются в инактивированных вакцинах от полиомиелита, а также от дифтерии, столбняка и гемофильной инфекции. Что касается такого консерванта, как фенол, то это вещество используют только в вакцинах от пневмококковой инфекции, причем только полисахаридных, которые не применяют для детей.
Антибиотики тоже используют в качестве консерванта, но делают это редко. Например, в составе российской оральной полиомиелитной вакцины присутствует канамицин. Это не терапевтическая доза, но ее достаточно, чтобы сохранить стерильность препарата. Переживать относительно антибиотикорезистентности из-за трех доз, которые получит ребенок в процессе вакцинации, не стоит — они очень малы.
Следы производства
Следы производства — это не компоненты вакцины, добавляемые в процессе ее изготовления. Это то, что невозможно удалить на сто процентов, поскольку не существует таких чувствительных методов, которые могли бы показать, что мы удалили компонент полностью. К следам производства можно отнести формальдегид, используемый для инактивации некоторых бактериологических вакцин.
Очевидно, что в следах производства будет присутствовать питательная среда, включая аминокислоты, сыворотку, белок коровьего молока (БКМ, казеин — один из компонентов среды при производстве вакцины от коклюша). Следы питательного субстрата не токсичны для человека и имеют значение только в том случае, если у прививаемого есть тяжелая аллергическая реакция на один из компонентов.
Также могут присутствовать следы продуцента — белки дрожжей, следы белка куриного яйца. Обращать на это внимание стоит тоже только при наличии тяжелой аллергии.
У каждой вакцины свои компоненты и свой процесс изготовления, поэтому следы производства в каждом случае свои. Например, если для вакцины MMR-II от кори, краснухи и паротита нужен рекомбинантный альбумин человека и гидролизат желатина (вероятно, у производителя только так получилось обеспечить стабильность вакцины в течение всего срока годности) — то эти следы производства будут присутствовать. Но при этом там может не быть, скажем, консерванта (строго говоря, его там по определению быть не может, поскольку это живая вакцина и консервант может ее убить). Краснушная вакцина нашего производителя будет содержать только желатин, поскольку таким образом получилось ее стабилизировать.
Что в итоге
Главный вывод — все вакцины разные. Их производят разными способами, поэтому они имеют разный состав.
Важно понимать, почему в отдельно взятой вакцине находятся именно такие компоненты, а не другие. Следует обращать внимание на то, не несут ли составляющие вакцины угрозу в связи с тяжелой аллергической реакцией. Это единственное требование для обеспечения максимального снижения рисков вакцинации.
Любая вакцина состоит только из тех компонентов, которые обеспечивают ее безопасность и эффективность. Не стоит полагаться на мифы о том, что в состав входят какие-то неизвестные вещества. Те компоненты, которые не выполняют никакую полезную функцию, содержатся в очень малых количествах и являются остаточным следом производства.
Чем различаются технологии создания вакцин от коронавируса?
Вакцина против коронавируса от Института Гамалеи — это векторная вакцина. В ее основе аденовирус, измененный таким образом, чтобы заставлять клетки нашего организма синтезировать антигены. Также есть вакцина «ЭпиВакКорона» от научного центра «Вектор», которая создана на основе синтезированных пептидных антигенов белков вируса SARS-CoV-2, конъюгированных с рекомбинантным белком-носителем, синтезированных в бактериальной системе и адсорбированных на алюминийсодержащем адъюванте.
Что такое «процент эффективности вакцины» и как его определяют?
Если рассказывать обо всех способах вычисления эффективности вакцины, длина поста увеличится в несколько раз. В первую очередь нас интересует эпидемиологический фактор эффективности вакцины. На этапе испытания его будут оценивать, основываясь на данных о том, как отличается среди привитых и непривитых количество заболевших, тяжело заболевших и умерших. Если вакцина будет снижать хотя бы в два раза число заболевших, вакцинация уже имеет смысл.
При этом процент эффективности вычисляют путем сопоставления числа заболевших среди привитых и непривитых. Например, 95-процентная эффективность означает, что среди непривитых заболеваемость выше в 20 раз.
Другой способ оценки вакцины — определение ее иммуногенности. В этом случае выясняют, насколько вакцина позволяет получить иммунный ответ — гуморальный либо клеточный.
Эффективна ли вакцина БЦЖ?
Какие обследования нужно проходить до вакцинации?
Единственное обследование, которое регламентировано для всех перед вакцинацией, — осмотр врачом. Врач обязан, кроме оценки общего состояния, выяснить, есть ли у вас противопоказания к отдельным компонентам вакцины. Еще врач может поинтересоваться, нет ли у вас тяжелого иммунодефицита — в этом случае вам нельзя будет использовать живые вакцины, зато другие вакцины будут эффективны. Если вы находитесь в стадии обострения любой инфекции или хронического заболевания, прививку стоит отложить до момента ремиссии, чтобы побочные эффекты этой болезни не были ложно истолкованы как реакция на вакцинацию. Ну и еще некоторые вакцины имеют ограничение по возрасту.